Elektronszerkezet és molekuladinamika kvantumelméleti vizsgálata

Vezető: 
Dr. Nagy Ágnes, egyetemi tanár
Tagok: 
Dr. Vibók Ágnes, egyetemi tanár
Tagok: 
Dr. Gulácsi Zsolt, egyetmi docens

 

Elektronszerkezet és molekuladinamika kvantumelméleti vizsgálata
 
Az Elméleti Fizikai Tanszéken több mint félévszázados hagyományai vannak a kvantumkémiának. A Gombás-iskola egyik legkiválóbb képviselője, Gáspár Rezső honosította meg Debrecenben. Ő volt a sűrűségfunkcionál elmélet egyik megalkotója is. Két volt tanítványa, akik ma a tanszék professzorai és a jelen pályázat résztvevői, vitték tovább a sűrűségfunkcionál elméleti és a kvantumkémiai kutatásokat. Közel két évtizede folynak kutatások a tanszéken az erősen korrelált rendszerek témájában. A kvantumkémiai és szilárdtestfizikai kutatásaink ma is világszínvonalú tudományos iskolát képviselnek. A két egyetemi tanár és egy egyetemi docens a nemzetközi tudományos életben elismert kutatók, akik eddig is kiemelkedő teljesitményt mutattak a tudományos utánpótlás nevelésében. Eddig 11 hallgatójuk szerzett doktori fokozatot (PhD) és most is van három doktorandusz.
 
Az elektronszerkezetre vonatkozó vizsgálataink tartalmaznak elvi, általános, a sűrűségfunkcionál elmélettel (DFT), és konkrétabb, vezető polimerek tulajdonságaival kapcsolatos kutatásokat. A molekuladinamika keretében elsősorban a nemadiabatikus csatolással kívánunk foglalkozni.
Az eredetileg alapállapotra kidolgozott sűrűségfunkcionál elmélet gerjesztett állapotokra történő általánosításával foglalkozunk. A gerjesztett állapotok energiafelületeinek pontos számítása kulcsfontosságú a nemadiabatikus dinamika szempontjából. Ez történhet nagy számításigényű, drága kvantumkémiai módszerekkel vagy a sokkal olcsóbb, időfüggő sűrűségfunkcionál elmélettel. Ez utóbbi azonban a ma használatos legjobb funkcionálok alkalmazása esetén sem ad mindig elég pontos eredményt. Olyan egzakt relációk levezetését tűzzük ki célul, melyek felhasználhatók új, pontosabb funkcionálok megalkotására. 
 
Polimerek és alacsonydimenziós molekuláris periódikus rendszerek vizsgálata a vezető polimerek felfedezése után vált fontossá. Tulajdonságaik az elektronszerkezet, a periodicitás és az erős korreláltság következményei. Leírásuk a sokrészecskés, erősen korrelált rendszerek jellemzésére alkalmas módszerek segítségével történik. Célunk annak feltárása, hogy milyen körülmények között lesz a rendszer vezető, szigetelő, félfém, s milyen mágneses tulajdonságokkal rendelkezik; hogyan lehet a spintronicsban, ill. szerves ferromágnes, flexibilis elektronikai egységek előállítására használni; hogyan lehet a rendszer tulajdonságait változtatni a töltéskoncentráció és a külső terek változtatásával, s ezt felhasználni szenzorok, érzékelő illetve mérő egységek, automatikus vezérlő kapcsolók, adagolók kialakítására.
 
A molekuladinamika keretében a nemadiabatikus csatolással kívánunk foglalkozni. Ha az alap és a gerjesztett állapot között elfajulás van, a két energiafelület találkozásánál található fotokémiai tölcséren keresztül a legerjesztődés sugárzásmentes és a femtoszekundumos időskálába esik. Az ilyen kónikus kereszteződéseknek óriási a szerepük a fotostabilitásban.

 

A sok fontos alkalmazási lehetőség közül a molekuláris kapcsolókkal kívánunk foglalkozni, melyek fontos szerepet kaphatnak az információtárolásban, hiszen a molekuláris szintű kétállapotú tárolók igen nagy sűrűségű adattárolást tesznek lehetővé. Molekuláris szintű elektromos vezetésben is felhasználhatók (pl. nanocsövek). Orvostudományi és biológiai kutatásokban lehetővé teszik különböző proteinek nyomonkövetését, mintegy nyomjelzőként hozzájuk „ragadva”. A sejtek falába beépülve, segítségükkel szabályozható a gyógyszerek felszívódása.